工業(yè)設計上3D打印技術(shù)的作用與運用的論文
引言：3D打印技術(shù)是快速成形技術(shù)的一種，可以實(shí)現大規模的個(gè)性化生產(chǎn)，可以制造出傳統生產(chǎn)技術(shù)無(wú)法制造出的產(chǎn)品。3D打印技術(shù)改變了金屬、塑料等原料傳統的加工、裝配模式，實(shí)現了隨時(shí)、隨地、按需進(jìn)行生產(chǎn)，是促進(jìn)制造業(yè)全面升級、實(shí)現工業(yè)4刀、促進(jìn)工業(yè)設計發(fā)展的重要因素。本文以3D打印技術(shù)為背景，重點(diǎn)分析了3D打印技術(shù)在工業(yè)設計上的應用及其對工業(yè)設計的影響，為我國工業(yè)設計提供借鑒和參考。
一、30打印技術(shù)
�。ㄒ唬�3D打印技術(shù)原理。3D打印技術(shù)最早稱(chēng)為快速成形技術(shù)或快速原型制造技術(shù)，是在當代cAD/cAM技術(shù)、機械工程、分層制造技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數控技術(shù)、精密伺服驅動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎上集成發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)制造技術(shù)。它是以計算機三維數字模型為藍本，用軟件將其分解成若干層平面切片，然后由數控成型系統利用激光束、熱熔噴嘴等方式將可粘合材料進(jìn)行逐層堆積茹結，最終疊加成型，制造出產(chǎn)品。
�。ǘ�3D打印技術(shù)的常見(jiàn)細分類(lèi)別及可使用材料。常見(jiàn)的3D打印技術(shù)根據成型技術(shù)的不同可以分為下表幾個(gè)類(lèi)別：
�。ㄈ�3D打印的優(yōu)勢。3D打印技術(shù)是大批量生產(chǎn)形式向小批量、個(gè)性化生產(chǎn)形式發(fā)展的引領(lǐng)技術(shù)，其突出優(yōu)勢在于生產(chǎn)結構、外觀(guān)復雜的物品而不增加成本、多樣化不增加成本，在于無(wú)須組裝、零時(shí)間交付、設計空間無(wú)限、零技能制造、不占空間、便攜制、減少廢棄副產(chǎn)品、材料無(wú)限組合及精確的實(shí)體復制。
二、3D打印在工業(yè)設計中的應用
�。ㄒ唬└拍钅Ｐ�、功能原型的制作。在工業(yè)設計的流程中，需要反復制作不同作用和類(lèi)型的零件、模型，傳統的方法有著(zhù)制作周期長(cháng)、勞動(dòng)強度高、精度差、成本高等諸多缺點(diǎn)，而使用3D打印技術(shù)可以快速、輕松、精準的得到所需的零件、模型。
�。ǘ┕I(yè)設計過(guò)程中所需工具的制作。工業(yè)設計是一個(gè)充滿(mǎn)創(chuàng )造力活動(dòng)，不同的產(chǎn)品、不同的設計師在設計過(guò)程中需要用到各種各樣的器材和工具來(lái)輔助，這些工具大多數都是設計師根據需要自行制作。這時(shí)，可以通過(guò)3D打印機完成，而不是耗費大量的時(shí)間、精力通過(guò)各種加工方式去制作。3D打印設備在工具制作上不僅可以縮短時(shí)間，降低成本，還可以構造出結構更加精密、質(zhì)量更加輕盈、更加符合人體工程學(xué)的產(chǎn)品，大幅度提高設計的效率。
�。ㄈ┬∨慨a(chǎn)品生產(chǎn)。隨著(zhù)3D打印技術(shù)的發(fā)展，其打印成本和打印時(shí)間進(jìn)一步下降，可以打印的材料、方式不斷豐富，使其在小批量產(chǎn)品生產(chǎn)上與傳統加工制造工藝相比，有著(zhù)生產(chǎn)流程短、時(shí)間少、成本低等巨大優(yōu)勢，而且不受時(shí)間、空間、機床、模具的限制，只要有需要便可以隨時(shí)暫停生產(chǎn)，對設計進(jìn)行修改，解除了傳統制造業(yè)的技術(shù)、成本、工期等限制，這樣，設計的產(chǎn)品不但快速而且靈活的得以生產(chǎn)。
三、3D打印對工業(yè)設計的影響
�。ㄒ唬┙夥攀`，改變設計理念。傳統的設計造型受產(chǎn)品的生產(chǎn)、組裝等工藝制約，使得設計師的創(chuàng )造力、想象力受到束縛。而隨著(zhù)3D打印技術(shù)的發(fā)展和成熟，結構、外觀(guān)再復雜的產(chǎn)品都能通過(guò)3D打印機打印出來(lái)，且渾然一體。如此，設計師可以將精力集中在產(chǎn)品形態(tài)、外觀(guān)創(chuàng )意和功能創(chuàng )新、改進(jìn)上，使產(chǎn)品的造型設計多元化、結構設計一體化、使用人性化趨勢逐漸顯現，在其技術(shù)、經(jīng)濟、美學(xué)、環(huán)境、人機等屬性因素中，人機屬性和美學(xué)屬性因素所占的比例得到提高。傳統的工業(yè)設計是建立在傳統的大批量生產(chǎn)方式之上的，這就要求設計是根據一個(gè)模型來(lái)進(jìn)行的，即使是所謂的.個(gè)性化設計也只是將模型的生成范圍縮小了。這意味著(zhù)使用者的心理、生理及使用時(shí)間、環(huán)境等差異性在設計過(guò)程中難以體現。如鼠標設計就是這種典型的設計方式：傳統設計模式是讓使用者手掌的大小、使用的習慣、個(gè)性需求等去適應有限的規格、型號，而3D打印技術(shù)則可根據使用者的手形、習慣、個(gè)性需求等設計、生產(chǎn)出與其完全匹配的產(chǎn)品。3D打印技術(shù)使產(chǎn)品的個(gè)性化設計與生產(chǎn)成為可能，利用3D打印技術(shù)可以實(shí)現產(chǎn)品的量身定做，真正實(shí)現以人為本。
�。ǘ�3D打印技術(shù)對工業(yè)設計流程及成本的影響。在設計過(guò)程中，順暢而高效的設計交流是工業(yè)設計開(kāi)發(fā)取得成功的重要保證。其中各種類(lèi)型的模型是交流的重要手段之一，手工制作的模型在精度、質(zhì)感、觸感等方面與概念的設計預期都存在較大偏差，而3D打印能克服這些缺點(diǎn)，使設計團隊中的每個(gè)成員及用戶(hù)都能夠直觀(guān)地看到和觸摸這些概念模型，比較它們之間的結構、外形和功能的差別與優(yōu)劣。另外，工業(yè)設計過(guò)程中的模型如果用手工制作的話(huà)將耗費相當長(cháng)的時(shí)間，是縮短產(chǎn)品上市時(shí)間的最大障礙，采用3D打印可大大縮短概念模型和產(chǎn)品原型的制作時(shí)間，從以往的幾天乃至幾個(gè)星期縮短到幾小時(shí)。
近年來(lái)，隨著(zhù)產(chǎn)品復雜化和個(gè)性化的發(fā)展趨勢，設計過(guò)程中模型加工和制造的成本非常高，復雜模型甚至要求制作專(zhuān)用模具和加工工藝以保證模型的精度和真實(shí)效果，而3D打印技術(shù)可實(shí)現模型隨時(shí)、隨地制作，大幅度降低設計成本。
�。ㄈ�3D打印技術(shù)對設計產(chǎn)業(yè)的影響。傳統的工業(yè)設計模式受到固有減式生產(chǎn)方式所制約，由專(zhuān)業(yè)設計師主導。但隨著(zhù)3D打印技術(shù)的日趨成熟，獨立設計師對于傳統加工業(yè)的依賴(lài)性將越來(lái)越小。對于那些具有較強的創(chuàng )新意識，具備一定的設計、研發(fā)能力的消費者很可能變成設計師和生產(chǎn)商。隨著(zhù)3D打印技術(shù)所帶來(lái)的社會(huì )化制造，獨立設計師和品牌也將崛起。
四、3D打印在工業(yè)設計中所面臨的問(wèn)題
3D打印由設計師、設計軟件、設備、材料等共同作用，相互影響。在工業(yè)設計領(lǐng)域，3D打印技術(shù)解放了設計束縛，激發(fā)了設計師的創(chuàng )作靈感，但用于3D打印技術(shù)的設計軟件、模型輸出格式等方面依然需要進(jìn)一步發(fā)展與完善。目前,3D打印技術(shù)可以與設計完美地結合在一起己經(jīng)在諸多產(chǎn)品上得以證實(shí)，并獲得了廣泛的認可，但是如何讓其在更多的產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮應有的作用，仍是一個(gè)需要不斷探討的問(wèn)題。同時(shí)，3D打印技術(shù)其本身又存在先天性不足，例如：打印尺寸受技術(shù)和打印機的限制、產(chǎn)品打印時(shí)間過(guò)長(cháng)及大批量生產(chǎn)時(shí)無(wú)成本優(yōu)勢等，這些原因使3D打印仍不能代替傳統制造工藝。
結論：3D打印技術(shù)在工業(yè)設計領(lǐng)域己經(jīng)獲得了重大的發(fā)展和應用。在工業(yè)設計領(lǐng)域，3D打印技術(shù)不僅可以滿(mǎn)足當下人們對個(gè)性化、訂制化產(chǎn)品的要求，還可以實(shí)現結構、外觀(guān)復雜產(chǎn)品的制造，提高設計制造精度，大大縮短設計周期，降低設計成本，激發(fā)了設計師的創(chuàng )作靈感，為產(chǎn)品設計帶來(lái)新的生命力，同時(shí)催生了大量獨立設計師及設計品牌，有良好的發(fā)展前景。同時(shí)，3D打印技術(shù)也存在一些技術(shù)和推廣上的缺點(diǎn)與不足，但隨著(zhù)3D打印技術(shù)的發(fā)展、成熟及設計人員的不懈努力，一定會(huì )在工業(yè)設計領(lǐng)域得到越發(fā)廣泛的應用。
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